年产20万吨甲醇合成工艺设计1

1 总 论

概述

甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重腹地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与进展，甲醇将被应用于愈来愈多的领域。

1. 生产的进展

1） 世界甲醇工业的进展

整体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平稳，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求大体平稳三个大体时期。[1]据Nexant Chen Systems公司的最新统计，全世界2004年甲醇生产能力为万t/a[2]以下是最近几年的甲醇需求统计。

全世界主腹地域甲醇消费组成

2001年 2002年 2003年 2004年

按用途分

甲醛 940(31) 970(32) 1010(32) 1050(33)

MTBE 830(28) 810(26) 780(25) 760(22)

(其中美国） 470(16) 430(14) 340(11) 270(8)

醋酸 270(9) 290(9) 300(10) 310(10)

MMA 90(3) 90(3) 100(3) 100(3)

其他 880(29) 900(29) 930(30) 970(30)

需求合计 3020（100) 3060(100) 3100(100) 3180(100)

按地区分

亚洲 920(30) 940(31) 990(32) 1040(33)

北美 1000(33) 1000(33) 980(31) 970(31)

西欧 630(21) 640(21) 650(21) 670(21)

其他 470(16) 480(16) 490(16) 500(16)

需求合计 3020(100) 3060(100) 3110(100) 3180(100)

从上表能够看出，到2004年为止，甲醇仍要紧用于制造甲醛和MTBE。用于制造甲醛的甲醇用量随年份成增加趋势，而MTBE 的需求量则逐年降低。亚洲需求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。

2） 我国甲醇工业进展

我国的甲醇工业通过十几年的进展，生产能力取得了专门大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年末，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产甲醇万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增加%，入口量万吨，因此下降%。

1） 装置大型化

于上世纪末相较，此刻新建甲醇规模超过百万吨的已再也很多数。在2004——2020年新建的14套甲醇装置中平均规模为134万t/a，其中卡塔尔二期工程项目高达230万t/a。最小规模的是智利甲醇项目，产能也达84万t/a，一些上世纪末还称得上经济规模的60万t/a装置因失去竞争力而纷纷关闭。

2） 二次转化和自转化工艺

合成气发生占甲醇装置总投资的50%—60%，因此许多工程公司将其视为技术改良重点。已经形成的新工艺在主若是Syenetix(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR),Lurgi的组合转化工艺(CR)和Tops e的自热转化工艺(ATR)

3） 新甲醇反映器的合成技术

大型甲醇生产装置必需具有与其规模相适应的甲醇反映器和反映技术。传统甲醇合成反映器有ICI的冷激型反映器，Lungi的管壳式反映器，Topsdpe的径向流动反映器等，近期显现的新合成甲醇反映器有日本东洋工程的MRF--Z反映器等，而反映技术方面那么显现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。

4） 引入膜分离技术的反映技术

通常的甲醇合成工艺中，未反映气体需循环返回反映器，而KPT那么提出将未反映气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反映器。

5） 液相合成工艺

传统甲醇合成采纳气相工艺，不足的地方是原料单程转化率低，合成气净化本钱高，能耗高。相较之下，液相合成由于利用了比热容高，导热系数大的长链烷烃化合物作反映介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。

甲醇的合成方式

1.经常使用的合成方式

现今甲醇生产技术要紧采纳中压法和低压法两种工艺，而且以低压法为主，这两种方式生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上。

高压法：是最初生产甲醇的方式，采纳锌铬催化剂，反映温度360-400℃，压力。高压法由于原料和动力消耗大，反映温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其进展长期以来处于停顿状态。

低压法： Mpa)是20世纪60年代后期进展起来的甲醇合成技术，低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反映温度低(240-270℃)。在较低压力下可取得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反映，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。另外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。

中压法： Mpa)随着甲醇工业的大型化，如采纳低压法必将致使工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即进展成为中压法。中压法仍采纳高活性的铜基催化剂，反映温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。

目前，甲醇的生产方式还要紧有①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氢气合成甲醇，③液化石油气氧化法

2.本设计所采纳的合成方式

比较以上三者的优缺点，以投资本钱，生产本钱，产品收率为依据，选择中压法为生产甲醇的工艺，用CO和H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇，其要紧反映式为：CO+ H2→CH3OH

甲醇的合成线路

1．经常使用的合成工艺

尽管开发了高活性的铜基催化剂，合成甲醇从高压法转向低压法，完成了合成甲醇技术的一次重大飞跃，但仍存在许多问题：反映器结构复杂；单程转化率低，气体紧缩和循环的耗能大；反映温度不易操纵，反映器热稳固性差。所有这些问题向人们揭露，在合成甲醇技术方面仍有专门大的潜力，更新更高的技术等待咱们去开发。下面介绍20世纪80年代以来所取得的新功效。

(1) 气液固三项合成甲醇工艺 第一由美国化学系统公司提出，采纳三相流化床，液相是惰性介质，催化剂是ICI的Cu-Zn改良型催化剂。对液相介质的要求：在甲醇合成条件下有专门好的热稳固性和化学稳固性。既是催化剂的硫化介质，又是反映热吸收介质，甲醇在液相介质中的溶解度越小越好，产物甲醇以气相的形式离开反映器。这种液相介质有如三甲苯，液体石蜡和正十六烷等。后来Berty等人提出了相反的观点，采纳的液相介质除热稳固性及化学稳固性外，要求甲醇在其溶液中的溶解度越大越好，产物甲醇不是以气相形式离开反映器，而是以液相形式离开反映器，在反映器外进行分离。经实验发觉四甘醇二甲醚是极理想的液相介质。CO和H2在该液相中的气液平稳常数专门大，采纳Cu-Zn-Al催化剂，其单程转化率大于相同条件下气相的平稳转化率。

气液固三相工艺的优势是：反映器结构简单，投资少；由于介质的存在改善了反映器的传热性能，温度易于操纵，提高了反映器的热稳固性；催化剂的颗粒小，内扩散阻碍易于排除；合成甲醇的单程转化率高，可达15%-20%，循环比大为减小；能量回收利用率高；催化剂磨损少。缺点是三相反映器压降较大，液相内的扩散系数比气相小的多。

(2) 液相法合成甲醇工艺 液相合成甲醇工艺的特点是采纳活性更高的过度金属络合催化剂。催化剂均匀散布在液相介质中，不存在催化剂表面不均一性和内扩散阻碍问题，反映温度低，一样不超过200℃，20世纪80年代中期，美国Brookhaven国家实验室开发了活性很高的复合型催化剂，其结构为NaOH-RONa-M(OAc)2,其中M代表过渡金属Ni,Pd或Co,R为低碳烷基，当M为Ni，R为叔戊烷基时催化剂性能最好，液相介质为四氢呋喃，反映温度为80-120℃，压力为2MPa左右，合成气单程转化率高于80%，甲醇选择性高达96%。当该催化剂与第Ⅵ族金属的羰基络合物混合利历时，能取得更好的成效，他能激活CO，并有较好的耐硫性，当合成气中还有1670×10-6的H2S时，其甲醇产率仍达33%。

Mahajan等人研制了由过渡金属络合物与醇盐组成的符合催化剂，如四羰

基镍和甲醇钾，以四氢呋喃为液相介质，反映温度为125℃，CO转化率大于90%，选择性达99%。 合成塔 水冷器 甲醇分离塔 循环器 目前液相合成甲醇研究仍处在实验室时期，尚未工业化，但它是一种很有开发前景的合成技术。该法的缺点是由于反映温度低，反映热不易回收利用；CO2和H2O容易使复合催化剂中毒，因此对合成气体的要求很苛刻，不能还有CO2和H2O，还需进一步研究。

(3) 新型GSSTFR和RSIPR反映器系统 该系统采纳反映,吸附和产物互换交替进行的一种新型反映装置。GSSTFR是指气-液-固滴流流动反映系统，CO和H2在催化剂的作用下，在此系统内进行反映合成甲醇，该甲醇马上被固态粉状吸附剂所吸附，并滴流带出反映系统。RSIPR是级间产品脱出反映系统，当以吸附气态甲醇的粉状吸附剂流入该系统时，与该系统内的液相四甘醇二甲醚进行互换，气态的甲醇被液相所吸附，然后再将四甘醇二甲醚中的甲醇分离出来。如此合成甲醇反映不断向右进行，CO的单程转化率可达100%，气相反映物不循环。这项新工艺仍处在研究当中，尚未投入工业生产，还有许多技术问题需要解决和完善。

2．本设计的合成工艺

通过净化的原料气，经预热加压，于5 Mpa、220 ℃下，从上到下进入Lurgi反映器，在铜基催化剂的作用下发生反映，出口温度为250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料气必需循环，那么合成工序配置原那么为图2-2。

甲醇的合成是可逆放热反映，为使反映达到较高的转化率，应迅速移走反映热，本设计采纳Lurgi管壳式反映器，管程走反映气，壳程走4MPa的沸腾水

粗甲醇 驰放气

图1-1 合成合序配置原那么

甲醇合成的工艺流程（图①）

那个流程是德国Lurgi公司开发的甲醇合成工艺，流程采纳管壳式反映器，催化剂装在管内，反映热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料在离心式透平紧缩机内加压到 MPa (以1：5的比例混合) 循环，混合气体在进反映器前先与反映后气体换热，升温到220 ℃左右，然后进入管壳式反映器反映，反映热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为 250 ℃，含甲醇7%左右，通过换热冷却到40 ℃，冷凝的粗甲醇经分离器分离。分离粗甲醇后的气体适当放空，操纵系统中的惰性气体含量。这部份空气作为燃料，大部份气体进入透平紧缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一路进入过热器加热到50 ℃，带动透平紧缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源。

合成甲醇的目的和意义

甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有普遍的应用，其衍生物产品进展前景广漠。目前甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种。在化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、